黑马程序员_7K面试题之交通灯管理系统

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一.项目需求：

模拟实现十字路口的交通灯管理系统逻辑，具体需求如下：

异步随机生成按照各个路线行驶的车辆。

例如：
    由南向而来去往北向的车辆 ---- 直行车辆
    由西向而来去往南向的车辆 ---- 右转车辆
    由东向而来去往南向的车辆 ---- 左转车辆
       。。。
信号灯忽略黄灯，只考虑红灯和绿灯。
应考虑左转车辆控制信号灯，右转车辆不受信号灯控制。
具体信号灯控制逻辑与现实生活中普通交通灯控制逻辑相同，不考虑特殊情况下的控制逻辑。
注：南北向车辆与东西向车辆交替放行，同方向等待车辆应先放行直行车辆而后放行左转车辆。
  每辆车通过路口时间为1秒（提示：可通过线程Sleep的方式模拟）。
  随机生成车辆时间间隔以及红绿灯交换时间间隔自定，可以设置。

  不要求实现GUI，只考虑系统逻辑实现，可通过Log方式展现程序运行结果。

二项目分析.

三.面向对象的分析与设计

每条路线上都会出现多辆车，路线上要随机增加新的车，在灯绿期间还要每秒钟减少一辆车。
设计一个Road类来表示路线，每个Road对象代表一条路线，总共有12条路线，即系统中总共要产生12个Road实例对象。
每条路线上随机增加新的车辆，增加到一个集合中保存。
每条路线每隔一秒都会检查控制本路线的灯是否为绿，是则将本路线保存车的集合中的第一辆车移除，即表示车穿过了路口。
每条路线每隔一秒都会检查控制本路线的灯是否为绿，一个灯由绿变红时，应该将下一个方向的灯变绿。
设计一个Lamp类来表示一个交通灯，每个交通灯都维护一个状态：亮（绿）或不亮（红），每个交通灯要有变亮和变黑的方法，并且能返回自己的亮黑状态。
总共有12条路线，所以，系统中总共要产生12个交通灯。右拐弯的路线本来不受灯的控制，但是为了让程序采用统一的处理方式，故假设出有四个右拐弯的灯，只是这些灯为常亮状态，即永远不变黑。
除了右拐弯方向的其他8条路线的灯，它们是两两成对的，可以归为4组，所以，在编程处理时，只要从这4组中各取出一个灯，对这4个灯依次轮询变亮，与这4个灯方向对应的灯则随之一同变化，因此Lamp类中要有一个变量来记住自己相反方向的灯，在一个Lamp对象的变亮和变黑方法中，将对应方向的灯也变亮和变黑。每个灯变黑时，都伴随者下一个灯的变亮，Lamp类中还用一个变量来记住自己的下一个灯。
无论在程序的什么地方去获得某个方向的灯时，每次获得的都是同一个实例对象，所以Lamp类改用枚举来做显然具有很大的方便性，永远都只有代表12个方向的灯的实例对象。
设计一个LampController类，它定时让当前的绿灯变红

四.Road类的编写

每个Road对象都有一个name成员变量来代表方向，有一个vehicles成员变量来代表方向上的车辆集合。
在Road对象的构造方法中启动一个线程每隔一个随机的时间向vehicles集合中增加一辆车（用一个“路线名_id”形式的字符串进行表示）。
在Road对象的构造方法中启动一个定时器，每隔一秒检查该方向上的灯是否为绿，是则打印车辆集合和将集合中的第一辆车移除掉。

package com.iossoft.traffic;
import java.util.ArrayList;import java.util.List;import java.util.Random;import java.util.concurrent.ExecutorService;import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;import java.util.concurrent.TimeUnit;
  
/*
每个Road对象代表一条路线，总共有12条路线，即系统中总共要产生12个Road实例对象。 
每条路线上随机增加新的车辆，增加到一个集合中保存。 
每条路线每隔一秒都会检查控制本路线的灯是否为绿，是则将本路线保存车的集合中的第一辆车移除，即表示车穿过了路口。*/  
public class Road {  
        private List vechicles = new ArrayList();  
        private String name =null;  
        public Road(String name){  
               this.name = name;  
               //模拟车辆不断随机上路的过程             
          ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();  
          pool.execute(new Runnable(){  
                  public void run(){  
                         for(int i=1;i<1000;i++){  
                                 try {  
                                 Thread.sleep((new Random().nextInt(10) + 1) * 1000);  
                                     } catch (InterruptedException e) {  
                                          e.printStackTrace();  
                                    }  
                              vechicles.add(Road.this.name + "_" + i);  
                             }                                
                       }  
               });  
               //每隔一秒检查对应的灯是否为绿，是则放行一辆车                  
            ScheduledExecutorService  timer =  Executors.newScheduledThreadPool(1);  
                 timer.scheduleAtFixedRate(  
                               new Runnable(){  
                                   public void run(){  
                                 if(vechicles.size()>0){  
         boolean lighted= Lamp.valueOf(Road.this.name).isLighted();  
                  if(lighted){  
             System.out.println(vechicles.remove(0) + " is traversing !");  
                                                       }  
                                              }        
                                      }  
                               },  
                                1,  
                                1,  
                                TimeUnit.SECONDS);  
        }  
} 
 

五.Lamp类的编写

系统中有12个方向上的灯，在程序的其他地方要根据灯的名称就可以获得对应的灯的实例对象，综合这些因素，将Lamp类用java5中的枚举形式定义更为简单。
每个Lamp对象中的亮黑状态用lighted变量表示，选用S2N、S2W、E2W、E2N这四个方向上的Lamp对象依次轮询变亮，Lamp对象中还要有一个oppositeLampName变量来表示它们相反方向的灯，再用一个nextLampName变量来表示此灯变亮后的下一个变亮的灯。这三个变量用构造方法的形式进行赋值，因为枚举元素必须在定义之后引用，所以无法再构造方法中彼此相互引用，所以，相反方向和下一个方向的灯用字符串形式表示。 
增加让Lamp变亮和变黑的方法：light和blackOut，对于S2N、S2W、E2W、E2N这四个方向上的Lamp对象，这两个方法内部要让相反方向的灯随之变亮和变黑，blackOut方法还要让下一个灯变亮。
除了S2N、S2W、E2W、E2N这四个方向上的Lamp对象之外，其他方向上的Lamp对象的nextLampName和oppositeLampName属性设置为null即可，并且S2N、S2W、E2W、E2N这四个方向上的Lamp对象的nextLampName和oppositeLampName属性必须设置为null，以便防止light和blackOut进入死循环。

 
  package com.iossoft.traffic;
public enum Lamp {
 //每个枚举元素各表示一个方向的控制灯    S2N("N2S","S2W",false),S2W("N2E","E2W",false),E2W("W2E","E2S",false),E2S("W2N","S2N",false),
  
//下面元素表示与上面的元素的相反方向的灯，它们的“相反方向灯”和“下一个灯”应忽略不计！  N2S(null,null,false),N2E(null,null,false),W2E(null,null,false),W2N(null,null,false),
  
 //由南向东和由西向北等右拐弯的灯不受红绿灯的控制，所以，可以假想它们总是绿灯 S2E(null,null,true),E2N(null,null,true),N2W(null,null,true),W2S(null,null,true);  private String opposite; private String next; private Lamp(String opposite,String next,boolean lighted){  this.opposite=opposite;  this.next=next;  this.lighted=lighted; } private Lamp(){   } private boolean lighted;  public boolean isLighted(){  return lighted; }
//某个灯变绿时，它对应方向的灯也要变绿 public void light(){  this.lighted=true;  if(opposite!=null){   Lamp.valueOf(opposite).light();    System.out.println(name() + " lamp is green，下面总共应该有6个方向能看到汽车穿过！");    } }
  
//某个灯变红时，对应方向的灯也要变红，并且下一个方向的灯要变绿下一个要变绿的灯 
 public Lamp blackOut(){  this.lighted=false;  if(opposite!=null){   Lamp.valueOf(opposite).blackOut();  }        Lamp nextLamp= null;          if(next != null){                  nextLamp = Lamp.valueOf(next);                  System.out.println("绿灯从" + name() + "-------->切换为" + next);                                nextLamp.light();           }  return nextLamp; }
}

六.LampController类的编写

整个系统中只能有一套交通灯控制系统，所以，LampController类最好是设计成单例。
LampController构造方法中要设定第一个为绿的灯。
LampController对象的start方法中将当前灯变绿，然后启动一个定时器，每隔10秒将当前灯变红和将下一个灯变绿。

 package com.iossoft.traffic;
import java.util.concurrent.Executors;    
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;    
import java.util.concurrent.TimeUnit;    
public class LampController {  
        private Lamp currentLamp;  
        public LampController(){  
               //刚开始让由南向北的灯变绿;              
               currentLamp = Lamp.S2N;  
               currentLamp.light();  
               /*每隔10秒将当前绿灯变为红灯，并让下一个方向的灯变绿*/                
               ScheduledExecutorService timer =  Executors.newScheduledThreadPool(1);  
               timer.scheduleAtFixedRate(  
                               new Runnable(){  
                                      public  void run(){  
                                              currentLamp = currentLamp.blackOut();  
                               }  
                                },  
                               10,  
                               10,  
                               TimeUnit.SECONDS);  
        }  
  }  
 
 

七.MainClass类的编写

用for循环创建出代表12条路线的对象。
接着再获得LampController对象并调用其start方法。

package com.iossoft.traffic;
public class MainClass { public static void main(String[] args){   /*产生12个方向的路线*/                           String [] directions = new String[]{                            "S2N","S2W","E2W","E2S","N2S","N2E","W2E","W2N","S2E","E2N","N2W","W2S"                         };            for(int i=0;i<directions.length;i++){                    new Road(directions[i]);          }          /*产生整个交通灯系统*/                   new LampController();    
 }
} 

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